Acest design descrie un voltmetru simplu cu un indicator pe douăsprezece LED-uri. Acest dispozitiv de măsurare vă permite să afișați tensiunea măsurată în intervalul de valori de la 0 la 12 volți în pași de 1 volți, iar eroarea de măsurare este foarte mică.
Comparatoarele de tensiune sunt asamblate pe trei amplificatoare operaționale LM324. Intrările lor inverse sunt conectate la un divizor de tensiune al rezistenței, asamblat între rezistențele R1 și R2, prin care o tensiune controlată este furnizată circuitului.
Intrările neinversoare ale amplificatoarelor operaționale primesc o tensiune de referință de la un divizor realizat peste rezistențele R3 - R15. Dacă nu există tensiune la intrarea voltmetrului, atunci ieșirile amplificatorului operațional vor avea un nivel de semnal ridicat, iar ieșirile elementelor logice vor avea un zero logic, astfel încât LED-urile nu se vor aprinde.
Când tensiunea măsurată este recepționată la intrarea indicatorului LED, se va stabili un nivel logic scăzut la anumite ieșiri ale comparatoarelor op-amp și, în consecință, LED-urile vor primi un nivel logic ridicat, în urma căruia LED-ul corespunzător se va aprinde. Pentru a preveni alimentarea nivelului de tensiune la intrarea dispozitivului există o diodă zener de protecție de 12 volți.
Această versiune a schemei discutate mai sus este perfectă pentru orice proprietar de mașină și îi va oferi informații vizuale despre starea de încărcare a bateriei. În acest caz, sunt utilizate patru comparatoare încorporate ale microansamblului LM324. Intrările inversoare generează tensiuni de referință de 5,6 V, 5,2 V, 4,8 V, respectiv 4,4 V. Tensiunea bateriei este furnizată direct la intrarea inversoare printr-un divizor peste rezistențele R1 și R7.
LED-urile acționează ca indicatoare intermitente. Pentru configurare, un voltmetru este conectat la baterie, apoi rezistența variabilă R6 este reglată astfel încât tensiunile necesare să fie prezente la bornele inversoare. Fixați LED-urile indicatoare de pe panoul frontal al mașinii și trasați lângă ele tensiunea bateriei la care se aprinde unul sau altul indicator.
Asadar, astazi vreau sa ma uit la un alt proiect folosind microcontrolere, dar si foarte util in munca de zi cu zi a unui radioamator. Acesta este un dispozitiv digital bazat pe un microcontroler modern. Designul său a fost preluat dintr-o revistă de radio pentru 2010 și poate fi ușor convertit într-un ampermetru dacă este necesar.
Acest design simplu al unui voltmetru de mașină este utilizat pentru a monitoriza tensiunea rețelei de bord a mașinii și este proiectat pentru o gamă de la 10,5 V la 15 volți. Zece LED-uri sunt folosite ca indicator.
Inima circuitului este LM3914 IC. Este capabil să estimeze nivelul tensiunii de intrare și să afișeze rezultatul aproximativ pe LED-uri în modul punct sau bară.
LED-urile afișează valoarea curentă a bateriei sau a tensiunii rețelei de bord în modul punct (pinul 9 nu este conectat sau conectat la minus) sau în modul coloană (pin 9 la puterea plus).
Rezistenta R4 regleaza luminozitatea LED-urilor. Rezistoarele R2 și variabila R1 formează un divizor de tensiune. Folosind R1, pragul superior de tensiune este ajustat, iar folosind rezistorul R3, pragul inferior este ajustat.
Calibrarea circuitului se face după următorul principiu. Aplicam 15 volti la intrarea voltmetrului. Apoi, prin schimbarea rezistenței R1, vom realiza aprinderea LED-ului VD10 (în modul punct) sau a tuturor LED-urilor (în modul coloană).
Apoi aplicăm 10,5 volți la intrare și R3 atinge strălucirea lui VD1. Și apoi creștem nivelul de tensiune în trepte de jumătate de volt. Comutatorul comutator SA1 este folosit pentru a comuta între modurile de afișare punct/coloană. Când SA1 este închis - o coloană, când este deschis - un punct.
Dacă tensiunea bateriei este sub 11 volți, diodele zener VD1 și VD2 nu trec curent, motiv pentru care doar HL1 se aprinde, indicând un nivel scăzut de tensiune în rețeaua de bord a vehiculului.
Dacă tensiunea este în intervalul de la 12 la 14 volți, dioda zener VD1 deblochează VT1. HL2 se aprinde, indicând nivelul normal al bateriei. Dacă tensiunea bateriei este peste 15 volți, dioda zener VD2 deblochează VT2, iar LED-ul HL3 se aprinde, indicând un exces semnificativ de tensiune în rețeaua vehiculului.
Trei LED-uri sunt folosite ca indicator, ca în designul anterior.
Când nivelul de tensiune este scăzut, HL1 se aprinde. Dacă norma este HL2. Și mai mult de 14 volți, al treilea LED clipește. Dioda Zener VD1 formează tensiunea de referință pentru funcționarea amplificatorului operațional.
Produse electronice de casă pentru a ajuta șoferul
Un voltmetru instalat pe tabloul de bord al unei mașini vă permite să monitorizați rapid nivelul de tensiune din rețeaua sa de bord.Un astfel de dispozitiv nu necesită o rezoluție mare, dar necesită capacitatea de a citi ușor și rapid citirile. Un indicator discret de tensiune LED îndeplinește cel mai bine aceste condiții. Astfel de dispozitive au devenit foarte răspândite pentru evaluarea nivelurilor de tensiune și putere (în echipamentele de amplificare a sunetului). Ele sunt de obicei implementate în două moduri.
Primul este descris în detaliu în. Esența sa este că o linie de LED-uri este conectată la sursa tensiunii măsurate printr-un divizor de tensiune rezistiv cu mai multe ieșiri. Aici sunt utilizate proprietățile de prag ale LED-urilor, tranzistorilor și diodelor. Pentru simplitatea unui astfel de indicator, trebuie să plătiți cu un prag neclar pentru aprinderea LED-urilor (după cum notează autorul). Astfel de dispozitive au fost vândute cândva sub formă de seturi radio.
A doua metodă este de a folosi un comparator separat pentru a porni fiecare LED, comparând o parte a semnalului de intrare cu unul de referință (cum ar fi, de exemplu, în), Datorită câștigului mare al comparatorilor, cel mai adesea efectuat pe amplificatoare operaționale , pragurile de pornire și oprire sunt foarte clare, dar indicatorul necesită multe microcircuite . Quad amplificatoare operaționale sunt în prezent încă scumpe, iar un astfel de cip poate conduce doar patru LED-uri.
În cele din urmă, nu se poate să nu remarcăm lucrarea (4), în care se folosește principiul conversiei analog-digital. Acest design are multe avantaje, dar există totuși o mulțime de piese și, de asemenea, neeconomice.
Voltmetrul adus în atenție este optimizat în lumina celor de mai sus - în el, niveluri de prag clare pentru aprinderea LED-urilor sunt obținute folosind un minim de elemente ieftine, economice și disponibile pe scară largă. Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe proprietățile de prag ale unui microcircuit digital.
Dispozitivul (vezi diagrama din Fig. 1) este un indicator cu șase nivele. Pentru ușurința în utilizare într-o mașină, intervalul de măsurare este ales să fie de 10...15 V în trepte de 1 V. Atât intervalul, cât și treapta pot fi modificate cu ușurință.
Dispozitivele de prag sunt șase invertoare DD1.1-DD1.6, fiecare dintre acestea fiind un amplificator de tensiune neliniar cu un câștig mare. Nivelul de comutare al pragului invertoarelor este de aproximativ jumătate din tensiunea de alimentare a microcircuitului, astfel încât acestea par să compare tensiunea de intrare cu jumătate din tensiunea de alimentare.
Dacă tensiunea de intrare a invertorului depășește nivelul de prag, la ieșire va apărea o tensiune de nivel scăzut. Prin urmare, LED-ul care servește ca sarcină a invertorului va fi pornit de curentul de ieșire (influent). Când ieșirea invertoarelor este ridicată, LED-urile sunt închise și stinse.
De la ieșirile divizorului rezistiv R1-R7, cota corespunzătoare a tensiunii rețelei de bord este furnizată la intrarea invertoarelor. Când tensiunea de la bord se modifică, cotele sale se schimbă și proporțional. Tensiunea de alimentare a invertoarelor și a liniei LED este stabilizată de stabilizatorul de microcircuit DA1. Valorile rezistențelor R1-R7 sunt calculate astfel încât să se obțină o treaptă de comutare egală cu 1 V.
Condensatorul C2 împreună cu rezistența R1 formează un filtru de joasă frecvență care suprimă supratensiunile pe termen scurt care pot apărea, de exemplu, la pornirea unui motor. Producătorul de stabilizatori de microcircuite recomandă instalarea condensatorului C1 pentru a le îmbunătăți stabilitatea la frecvențe înalte. Rezistoarele R8-R13 limitează curentul de ieșire al invertoarelor.
Cum se calculează rezistențele R1--R7? În ciuda faptului că la intrarea invertoarelor DD1.1.-D1.6 sunt instalate tranzistori cu efect de câmp, care practic nu consumă curent de intrare, există așa-numitul curent de scurgere. Acest lucru ne obligă să alegem un curent prin divizor care este mult mai mare decât curentul total de scurgere al tuturor celor șase invertoare (nu mai mult de 6X10-5 μA). Curentul minim prin divizor va fi la o tensiune minimă indicată de 10 V.
Să setăm acest curent la 100 μA, care este de aproximativ un milion de ori mai mult decât curentul de scurgere. Apoi, rezistența totală a divizorului RД=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (în kilo-ohmi, dacă tensiunea este în volți și curentul este în miliamperi) ar trebui să fie egală cu: Rд=Uвx min /Imin = 10V/0,1mA = 100kOhm.
Acum să calculăm rezistența fiecăruia dintre rezistențele în condiția Upor = Upit/2, adică în cazul luat în considerare Upor = 3 V. Cu o tensiune de intrare de 15 V, 3 V ar trebui să scadă peste rezistorul R7, iar curentul prin it (egal cu curentul prin întregul divizor) Id=UBX/Rd=15 V/100 kOhm=0,15 mA=150 μA, Apoi rezistența rezistenței R7: R=Upop/Id; R7=3 V/0,15 mA=20 kOhm.
La intrarea invertorului DD1.5 ar trebui să existe 3 V cu o tensiune de intrare de 14 V. Curentul prin divizor în acest caz este Id = 14 V/100 kOhm = 0,14 mA. Apoi rezistența totală R6+R7=Upop/Id=3/0,14-21,5 kOhm.
Prin urmare, R6=21,5-20=1,5 kOhm.
Rezistența rezistoarelor rămase ale divizorului se determină în același mod: R5=UporkhRd/Uin-(R6+R7)-1,6 kOhm; R4-2 kOhm, RЗ-2,2 kOhm, R2-2,7 kOhm și, în final, R1=Rд-(R2+RЗ+R4+R5+R6+R7) = 70 kOhm-68 kOhm.
În general, după cum se știe, tensiunea de prag a elementelor de microcircuit CMOS este în intervalul de la 1/3Upit la 2/3Upit. De asemenea, se știe că elementele unui microcircuit fabricate într-un singur ciclu tehnologic pe un singur cip au valori prag de comutare aproape identice. Prin urmare, pentru a seta cu precizie „începutul scării” voltmetrului, este suficient să înlocuiți rezistența R1 cu un circuit în serie format dintr-un trimmer cu valoarea calculată și unul constant cu o valoare jumătate din valoarea calculată.
Stabilitatea la temperatură a dispozitivului este foarte ridicată. Când temperatura se schimbă de la -10 la +60 °C, pragul de răspuns se modifică cu câteva sutimi de volt. Stabilizatorul de microcircuit DA1 are, de asemenea, o stabilitate a temperaturii nu mai slabă de 30 mV în intervalul 0...100 °C.
Tensiunea de ieșire a stabilizatorului DA1 nu trebuie să fie mai mică de 6 V, altfel invertoarele nu vor putea furniza curentul necesar prin LED-uri. Invertoarele microcircuitului K561LN2 permit un curent de ieșire de până la 8 mA. LED-urile AL307BM pot fi înlocuite cu oricare altele prin recalcularea valorilor rezistențelor limitatoare de curent R8-R13. Condensatorii pot fi, de asemenea, oricare cu o tensiune nominală de cel puțin 10 V.
Pentru configurare, dispozitivul asamblat este conectat la ieșirea unei surse de tensiune reglabilă, care va simula rețeaua de bord. După ce se setează tensiunea de ieșire a sursei la 10 V și rezistența rezistenței de tăiere la maxim, rotiți cursorul până când LED-ul HL1 se aprinde. Nivelurile rămase sunt setate automat.
Părțile voltmetrului sunt montate pe o placă de circuit imprimat din laminat din fibră de sticlă acoperită cu folie de 1 mm grosime. Desenul plăcii este prezentat în Fig. 2. Este proiectat pentru a instala un rezistor de reglare SPZ-33, iar restul - MLT-0,125, condensator C1 - KM, C2 - K50-35.
Placa este atașată la fundul cutiei de plastic cu două șuruburi M2.5 pe suporturi tubulare și încă unul de același tip, care presează simultan cipul DA1 pe placă. Rețineți că acest microcircuit este instalat cu o margine de plastic (nu de metal) pe placă. Între corpul cipului și placă este instalat și un suport tubular, dar este scurtat.
Înainte de instalare, cablurile LED sunt îndoite cu 90 de grade, astfel încât axele lor optice să fie paralele cu planul plăcii. Carcasele LED-urilor ar trebui să iasă dincolo de marginea plăcii și, în timpul asamblarii finale a dispozitivului, să intre în găurile găurite în capătul cutiei.
LITERATURĂ
1. Nechaev I. Indicator LED de nivel al semnalului. - Radio, 1988, nr. 12, p. 52.
2. Isaulov V., Vasilenko E. Un indicator simplu de nivel de înregistrare. - RadioAmator, 1995, nr. 3, p. 5.
3. Tikhomirov A. Indicator de tensiune a rețelei de bord. - RadioAmator, 1996, nr. 10, p. 2.
4. Gvozditsky G. Indicator de tensiune al rețelei de bord. - Radio, 1992, nr. 7, p. 18-20.
O. KLEVTSOV, Dnepropetrovsk, Ucraina
Revista Radio 1998, numărul 2
Notă de la redactorii revistei Radio: Stabilitatea stabilizatorului și a întregului dispozitiv va fi și mai mare dacă la intrarea microcircuitului este conectat un condensator cu o capacitate de 0,1 microni (între pinii 8 și 17). Pentru a proteja stabilizatorul de supratensiuni aleatorii din rețeaua de bord, a căror amplitudine poate ajunge la 80 - 00 V, un alt condensator trebuie conectat în paralel cu acest condensator - unul de oxid. Trebuie să aibă o capacitate de cel puțin 1000 μF și o tensiune nominală de 25 V. Acest condensator va avea, de asemenea, un efect benefic asupra funcționării echipamentelor radio și de amplificare a sunetului pentru automobile.
Destul de mulți șoferi se confruntă cu o problemă precum descărcarea neașteptată a bateriei. Este deosebit de neplăcut când acest lucru se întâmplă pe drum departe de casă. Unul dintre motive poate fi defecțiunea generatorului mașinii. Ajută la prevenirea epuizării iminente a bateriei voltmetru auto. Mai jos sunt câteva diagrame simple ale unui astfel de dispozitiv.
Voltmetru auto pe cip LM3914
Acest circuit voltmetru auto este proiectat pentru a monitoriza tensiunea rețelei de bord a mașinii în intervalul de la 10,5 V la 15 V. 10 LED-uri sunt folosite ca indicatori.
Baza circuitului este integrată. Acest microcircuit este capabil să estimeze tensiunea de intrare și să afișeze rezultatul pe 10 LED-uri în modul punct sau coloană. Cipul LM3914 este capabil să funcționeze într-o gamă largă de surse de alimentare (3V...25V). Luminozitatea LED-urilor poate fi reglată folosind un rezistor variabil extern. Ieșirile microcircuitului sunt compatibile cu logica TTL și CMOS.
Zece LED-uri VD1-VD10 afișează valoarea curentă a tensiunii bateriei sau tensiunea rețelei de bord a vehiculului în modul punct (pinul 9 nu este conectat sau conectat la minus) sau în modul coloană (pinul 9 este conectat la puterea plus). ).
Rezistorul R4 conectat între pinii 6,7 și sursa de alimentare minus setează luminozitatea LED-urilor. Rezistoarele R2 și rezistența variabilă R1 formează un divizor de tensiune. Folosind rezistorul variabil R1, nivelul de tensiune superior este ajustat, iar folosind R3, nivelul inferior.
După cum am menționat mai devreme, acest voltmetru pentru mașină oferă o indicație de 10,5 până la 15 volți. Calibrarea circuitului se efectuează după cum urmează. Aplicați 15 volți de la sursa de alimentare la intrarea circuitului voltmetrului. Apoi, prin schimbarea rezistenței rezistenței R1, este necesar să vă asigurați că LED-ul VD10 (în modul punct) sau toate LED-urile VD...VD10 (în modul coloană) se aprind.
Apoi aplicați 10,5 volți la intrare și utilizați rezistența variabilă R3 pentru a vă asigura că doar LED-ul VD1 se aprinde. Acum crescând tensiunea în trepte de 0,5 volți, LED-urile se vor aprinde unul câte unul, iar la o tensiune de 15 volți, toate LED-urile se vor aprinde. Comutatorul SA1 este conceput pentru a comuta între modurile de indicare punct/coloană. Când comutatorul SA1 este închis, este o coloană; când este deschis, este un punct.
Voltmetru auto cu tranzistori
Următorul circuit al unui voltmetru de mașină este construit pe două. Când tensiunea bateriei este mai mică de 11 volți, diodele zener VD1 și VD2 nu trec curent, motiv pentru care se aprinde doar LED-ul roșu, indicând tensiune scăzută în rețeaua de bord a vehiculului.
Dacă tensiunea este între 12 și 14 volți, dioda zener VD1 deschide tranzistorul VT1. LED-ul verde se aprinde indicând tensiune normală. Dacă tensiunea bateriei depășește 15 volți, dioda zener VD2 deschide tranzistorul VT2, drept urmare LED-ul galben se aprinde, indicând un exces semnificativ de tensiune în rețeaua vehiculului.
Voltmetru pe amplificatorul operațional LM393
Acest voltmetru simplu pentru mașină este construit pe un amplificator operațional. Ca indicator, ca și în circuitul anterior, sunt utilizate trei LED-uri.
Când tensiunea este scăzută (mai puțin de 11 V), LED-ul roșu se aprinde. Dacă tensiunea este normală (12,4…14V), atunci lumina devine verde. Dacă tensiunea depășește 14V, LED-ul galben se aprinde. Dioda Zener VD1 formează tensiunea de referință. Această schemă este similară cu schema.
Voltmetru auto pe microcircuit K1003PP1
Acest circuit voltmetru pentru o mașină este construit pe microcircuitul K1003PP1 și vă permite să monitorizați tensiunea rețelei de bord prin strălucirea a 3 LED-uri:
- Când tensiunea este mai mică de 11 volți, LED-ul HL1 se aprinde
- La o tensiune de 11,1…14,4 volți, LED-ul HL2 se aprinde
- Când tensiunea este mai mare de 14,6 volți, LED-ul HL3 se aprinde
Înființat. După aplicarea tensiunii la intrare de la orice sursă de alimentare (11,1...14,4V), trebuie utilizat rezistența variabilă R4 pentru a face LED-ul HL2 să strălucească.
Aceasta este o descriere a unui voltmetru pseudo-analogic simplu. Valoarea măsurată se citește sub formă de puncte LED, stilizate ca un senzor pointer (deși se poate face și sub forma unei rigle LED), dar măsurarea are loc în formă digitală, folosind un microcontroler. Voltmetrul a fost creat ca o completare a sursei de alimentare reglate și a fost realizat din elemente radio disponibile la îndemână.
Diagramă schematică
Voltmetrul este format din două părți: un afișaj și un modul de măsurare. Iată o sursă de alimentare obișnuită de 5 V, un MCU Atmega8 cu o sursă externă de tensiune de referință și înregistrări cu 32 de LED-uri.
Voltmetru LED simplu - diagramă digitală a piesei Domeniul principal de măsurare a tensiunii este de 1-32 V cu o rezoluție de 1 V, dar s-a decis să se adauge o schimbare automată a intervalului de 0,1-3,2 V cu o rezoluție de 0,1 V.
Voltmetru LED simplu - circuit indicator Principiul de funcționare se bazează pe măsurarea tensiunii folosind două convertoare ADC0 și ADC1. Convertorul ADC1 este utilizat pentru a determina domeniul de măsurare. Valoarea acestui senzor vă permite să controlați și să adăugați rezistența R9 prin pinul portului PC2 - formând un divizor de 1:10 sau dezactivați-l. Pentru tensiuni de 0,1-3,2 V, tensiunea de intrare de la CON2 este furnizată prin rezistența R8 și merge direct la intrarea convertorului ADC0. Dacă tensiunea depășește valoarea setată de 3,3 volți, se comută din gama joasă (dioda verde LED33 se aprinde) la gama înaltă.
Pentru a utiliza un astfel de voltmetru pentru o sursă de alimentare de 15 V, în loc de un divizor 1:10, puteți instala un divizor 1:4, care oferă o gamă de până la 16 V cu o rezoluție de 0,5 V. Deoarece nu tuturor le va plăcea de comutare, puteți refuza acest lucru și faceți un interval conectând R9 direct la masă, tăind conexiunea la pinul PC2, ADC1 neutilizat, vă puteți conecta și la masă.
Diodele D2-D5 (împreună cu R8, R10) reprezintă cea mai simplă protecție a convertoarelor împotriva tensiunii de alimentare mai mari decât tensiunea de alimentare Atmega, adică 5 V. Condensatorii C7, C8 filtrează suplimentar tensiunea calculată. Referința de tensiune internă a lui Atmega a fost abandonată din cauza instabilității sale. Tensiunea de referință se realizează pe TL431. Tensiunea de referință a fost fixată la 3,3 V. Reglarea fină se face cu ajutorul unui potențiometru. Rezistoarele R3 și R4 vă permit să selectați domeniul de reglare a tensiunii a potențiometrului.
Sursa de alimentare pentru partea analogică a MK este, de asemenea, tipică, folosind un inductor de 10 µH și un condensator de 100 nF. Împărțit masa digitală și analogică.
Tensiunile de măsurare sunt transmise secvenţial la registre prin semnale etichetate CLK, D şi C., care sunt transmise la conectorul CON4.
Comutarea modurilor
Voltmetrul poate funcționa în modul „punct luminos” conform setării standard sau în modul riglă LED. Schimbarea modului se efectuează prin schimbarea stării contactului PB0, pin 14. Conectarea la masă este un mod punct, deconectarea acestui contact de la masă înseamnă trecerea la modul riglă.
Tranzistoarele T1, R6, R7 și LED1 formează o sursă simplă de curent, eliminând necesitatea unor rezistențe separate pentru fiecare dintre cele 32 de LED-uri ale afișajului. Curentul unei astfel de surse de curent este determinat de ratingul R7. Voltmetrul este realizat pe plăci de circuite imprimate cu o singură față. Fișiere și firmware - .
Vechiul mod bun.
Un voltmetru instalat pe bordul unei mașini vă permite să monitorizați rapid nivelul de tensiune din rețeaua de bord. Un astfel de dispozitiv nu necesită o rezoluție mare, dar necesită capacitatea de a determina cu ușurință și rapid citirile. Aceste condiții sunt cel mai bine îndeplinite de un discret indicator cu LED Voltaj. Astfel de dispozitive au devenit foarte răspândite pentru evaluarea nivelurilor de tensiune și putere. Ele sunt de obicei implementate în două moduri.
În primul rând, esența sa este că o linie de LED-uri este conectată la sursa tensiunii măsurate printr-un divizor de tensiune rezistiv cu mai multe ieșiri. Aici sunt utilizate proprietățile de prag ale LED-urilor, tranzistorilor și diodelor. Pentru simplitatea unui astfel de indicator, trebuie să plătiți pentru pragul neclar pentru aprinderea LED-urilor. Dispozitive similare au fost vândute cândva sub formă de seturi radio.
A doua metodă este să folosiți un comparator separat pentru a porni fiecare LED, comparând o parte a semnalului de intrare cu unul de referință. Datorită câștigului mare al comparatoarelor, cel mai adesea implementate în amplificatoare operaționale, pragurile de pornire și oprire sunt foarte clare, dar indicatorul necesită o mulțime de cipuri. Quad amplificatoare operaționale sunt în prezent încă scumpe, iar un astfel de cip poate conduce doar patru LED-uri.
Voltmetrul adus în atenție este optimizat în lumina celor de mai sus - în el, niveluri de prag clare pentru aprinderea LED-urilor sunt obținute folosind un minim de elemente ieftine, economice și disponibile pe scară largă. Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe proprietățile de prag ale unui microcircuit digital.
Dispozitivul (vezi diagrama din Fig. 1) este un indicator cu șase nivele. Pentru ușurința în utilizare într-o mașină, intervalul de măsurare este ales să fie de 10...15 V în trepte de 1 V. Atât intervalul, cât și treapta pot fi modificate cu ușurință.
Dispozitivele de prag sunt șase invertoare DD1.1-DD1.6, fiecare dintre acestea fiind un amplificator de tensiune neliniar cu un câștig mare. Nivelul de comutare al pragului invertoarelor este de aproximativ jumătate din tensiunea de alimentare a microcircuitului, astfel încât acestea par să compare tensiunea de intrare cu jumătate din tensiunea de alimentare.
Dacă tensiunea de intrare a invertorului depășește nivelul de prag, la ieșire va apărea o tensiune de nivel scăzut. Prin urmare, LED-ul care servește ca sarcină a invertorului va fi pornit de curentul de ieșire (influent). Când ieșirea invertoarelor este ridicată, LED-urile sunt închise și stinse.
De la ieșirile divizorului rezistiv R1-R7, cota corespunzătoare a tensiunii rețelei de bord este furnizată la intrarea invertoarelor. Când tensiunea de la bord se modifică, cotele sale se schimbă și proporțional. Tensiunea de alimentare a invertoarelor și a liniei LED este stabilizată de cipul stabilizator DA1. Valorile rezistențelor R1-R7 sunt calculate astfel încât să se obțină o treaptă de comutare egală cu 1 V.
Condensatorul C2 împreună cu rezistența R1 formează un filtru de joasă frecvență care suprimă supratensiunile pe termen scurt care pot apărea, de exemplu, la pornirea unui motor. Producătorul de stabilizatori de microcircuite recomandă instalarea condensatorului C1 pentru a le îmbunătăți stabilitatea la frecvențe înalte. Rezistoarele R8-R13 limitează curentul de ieșire al invertoarelor.
Cum se calculează rezistențele R1-R7? În ciuda faptului că la intrarea invertoarelor DD1.1.-D1.6 sunt instalate tranzistori cu efect de câmp, care practic nu consumă curent de intrare, există așa-numitul curent de scurgere. Acest lucru ne obligă să alegem un curent prin divizor care este mult mai mare decât curentul total de scurgere al tuturor celor șase invertoare (nu mai mult de 6X10-5 μA). Curentul minim prin divizor va fi la o tensiune indusă minimă de 10 V.
Să setăm acest curent la 100 μA, care este de aproximativ un milion de ori mai mult decât curentul de scurgere. Apoi, rezistența totală a divizorului RД=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (în kilo-ohmi, dacă tensiunea este în volți și curentul este în miliamperi) ar trebui să fie egală cu: Rд=Uвx min /Imin = 10V/0,1mA = 100kOhm.
Acum să calculăm rezistența fiecăruia dintre rezistențele în condiția Upor = Upit/2, adică în cazul luat în considerare Upor = 3 V. Cu o tensiune de intrare de 15 V, 3 V ar trebui să scadă peste rezistorul R7, iar curentul prin it (egal cu curentul prin întregul divizor) Id=UBX/Rd=15 V/100 kOhm=0,15 mA=150 μA, Apoi rezistența rezistenței R7: R=Upop/Id; R7=3 V/0,15 mA=20 kOhm.
La intrarea invertorului DD1.5 ar trebui să existe 3 V cu o tensiune de intrare de 14 V. Curentul prin divizor în acest caz este Id = 14 V/100 kOhm = 0,14 mA. Apoi rezistența totală R6+R7=Upop/Id=3/0,14-21,5 kOhm.
Prin urmare, R6=21,5-20=1,5 kOhm.
Rezistența rezistoarelor rămase ale divizorului se determină în același mod: R5=UporkhRd/Uin-(R6+R7)-1,6 kOhm; R4-2 kOhm, RЗ-2,2 kOhm, R2-2,7 kOhm și, în final, R1=Rд-(R2+RЗ+R4+R5+R6+R7) = 70 kOhm-68 kOhm.
În general, după cum se știe, tensiunea de prag a elementelor de microcircuit CMOS este în intervalul de la 1/3Upit la 2/3Upit. De asemenea, se știe că elementele unui microcircuit fabricate într-un singur ciclu tehnologic pe un singur cip au valori prag de comutare aproape identice. Prin urmare, pentru a seta cu precizie „începutul scării” voltmetrului, este suficient să înlocuiți rezistența R1 cu un circuit în serie format dintr-un trimmer cu valoarea calculată și unul constant cu o valoare jumătate din valoarea calculată.
Stabilitatea la temperatură a dispozitivului este foarte ridicată. Când temperatura se schimbă de la -10 la +60 °C, pragul de răspuns se modifică cu câteva sutimi de volt. Stabilizatorul de microcircuit DA1 are, de asemenea, o stabilitate a temperaturii nu mai slabă de 30 mV în intervalul 0...100 °C.
Tensiunea de ieșire a stabilizatorului DA1 nu trebuie să fie mai mică de 6 V, altfel invertoarele nu vor putea furniza curentul necesar prin LED-uri. Invertoarele microcircuitului K561LN2 permit un curent de ieșire de până la 8 mA. LED-urile AL307BM pot fi înlocuite cu oricare altele prin recalcularea valorilor rezistențelor limitatoare de curent R8-R13. Condensatorii pot fi, de asemenea, oricare cu o tensiune nominală de cel puțin 10 V.
Pentru configurare, dispozitivul asamblat este conectat la ieșirea unei surse de tensiune reglabilă, care va simula rețeaua de bord. După ce se setează tensiunea de ieșire a sursei la 10 V și rezistența rezistenței de tăiere la maxim, rotiți cursorul până când LED-ul HL1 se aprinde. Nivelurile rămase sunt setate automat.
Părțile voltmetrului sunt montate pe o placă de circuit imprimat din laminat din fibră de sticlă acoperită cu folie de 1 mm grosime. Desenul plăcii este prezentat în Fig. 2. Este proiectat pentru a instala un rezistor de reglare SPZ-33, iar restul - MLT-0,125, condensator C1 - KM, C2 - K50-35.
Placa este atașată la fundul cutiei de plastic cu două șuruburi M2.5 pe suporturi tubulare și încă unul de același tip, care presează simultan cipul DA1 pe placă. Rețineți că acest microcircuit este instalat cu o margine de plastic (nu de metal) pe placă. Între corpul cipului și placă este instalat și un suport tubular, dar este scurtat.
Înainte de instalare, cablurile LED sunt îndoite cu 90 de grade, astfel încât axele lor optice să fie paralele cu planul plăcii. Carcasele LED-urilor ar trebui să iasă dincolo de marginea plăcii și, în timpul asamblarii finale a dispozitivului, să intre în găurile găurite în capătul cutiei.
Stabilitatea stabilizatorului și a întregului dispozitiv va fi și mai mare dacă la intrarea microcircuitului este conectat un condensator cu o capacitate de 0,1 microni (între pinii 8 și 17). Pentru a proteja stabilizatorul de supratensiuni aleatorii din rețeaua de bord, a căror amplitudine poate ajunge la 80 - 00 V, un alt condensator trebuie conectat în paralel cu acest condensator - unul de oxid. Trebuie să aibă o capacitate de cel puțin 1000 μF și o tensiune nominală de 25 V. Acest condensator va avea un efect benefic asupra funcționării receptoarelor radio și a amplificatoarelor audio auto.
Literatură
